Xác định độ giàu của nhiên liệu Uran nghèo và Uran được làmgiàu thấp bằng phương pháp phổ Gamma

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<b>ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI </b>

<b>TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN </b>

<b>--- </b>

<b>Pham Thị Nghĩa </b>

<b>XÁC ĐỊNH ĐỘ GIÀU CỦA NHIÊN LIỆU </b>

<b>URAN NGHÈO VÀ URAN ĐƢỢC LÀM GIÀU </b>

<b>TÁP BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ GAMMA. </b>

<b>LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC </b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

<b>ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI </b>

<b>TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN </b>

<b>--- </b>

<b>Pham Thị Nghĩa </b>

<b>XÁC ĐỊNH ĐỘ GIÀU CỦA NHIÊN LIỆU </b>

<b>URAN NGHÈO VÀ URAN ĐƢỢC LÀM GIÀU </b>

<b>TÁP BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ GAMMA. </b>

<b>Chuyên ngành: Vật lí hạt nguyên tử </b>

<b>Mã số: 60440106 </b>

<b>LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC </b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

<b>LỜI CẢM ƠN </b>

<i>Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Bùi Văn Loát, các thầy </i>
<i>cô giáo tại Bộ môn Vật lý hạt nhân, Khoa Vật lý, Phòng Sau đại học - Trường </i>
<i>Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội và các cán bộ Trung tâm </i>
<i>Vậy lý hạt nhân - Viện Vật lý là người hướng dẫn khoa học đã giúp đỡ, chỉ bảo </i>
<i>tận tình cho em trong q trình học tập, nghiên cứu và hồn thành bản luận văn </i>
<i>này. </i>

<i>Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình và bạn bè đã thường xuyên </i>
<i>động viên, khuyến khích và dành mọi điều kiện có thể được để em hồn thành </i>
<i>luận văn này. </i>

<i>Hà nội, ngày 02 tháng 11 năm 2014 </i>
<i>Học viên </i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

<b>MỤC LỤC </b>

<b>MỞ ĐẦU ... 1</b>
<b>CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN VÀ CÁC PHƢƠNG </b>
<b>PHÁP PHÂN TÍCH ... 3</b>

<b>1.1. Một số đặc trƣng cơ bản của Urani ... 3</b>
<b>1.2. Nhiên liệu uran đƣơ ̣c làm giàu và uran nghèo . </b>Error! Bookmark not defined.

<i><b>1.2.1. Quá trình làm giàu Urani ... </b>Error! Bookmark not defined.</i>

<i><b>1.2.2.Urani nghèo ... </b>Error! Bookmark not defined.</i>

<b>1.3. Các phƣơng pháp phân tích nhiên liệu hạt nhân Urani</b>Error! Bookmark not defined.

<i><b>1.3.1. Phương pháp phân tích phá hủy mẫu ... </b>Error! Bookmark not defined.</i>

<i><b>1.3.2. Phương pháp phân tích khơng phá hủy mẫu (NDA)</b>Error! Bookmark not defined.</i>

<i><b>1.3.3. Phương pháp phổ kế gamma và kỹ thuật chuẩn trong</b>Error! Bookmark not defined.</i>

<b>CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ... </b>Error! Bookmark not defined.
<b>2.1. Xác định độ giàu của nhiên liệu hạt nhân thông qua tỉ số hoạt </b> <b>đô ̣ các </b>
<b>đồng vi ̣ Uran. ... </b>Error! Bookmark not defined.

<b>2.2. Xác định tỷ số hoạt độ phóng xạ theo phƣơng pháp phổ gamma.</b>Error! Bookmark not defined.

<i><b>2.2.1.Phương pháp xác định hàm lượng urani sử dụng phổ kế gamma.</b>Error! Bookmark not defined.</i>

<i><b>2.2.2. Mẫu phân ti</b><b>_{́ch và thiết bi ̣ đo phổ gamma của nhiên liê ̣u hạt nhân.}</b>Error! Bookmark not defined.</i>
<b>2.3. Phƣơng pha_{́ p chuẩn nô ̣i xác đi ̣nh tỷ số hoa ̣t đô ̣.}</b>Error! Bookmark not defined.

<i><b>2.3.1. Phương pha</b><b>_{́ p chuẩn nội hiê ̣u suất ghi xác đi ̣nh tỷ số hoạt độ.}</b>Error! Bookmark not defined.</i>

<i><b>2.3.2. Xác định tỷ số hoạt độ dựa vào đặc trưng hiê</b><b>̣u suất ghi của Detector </b></i>

<i><b>Planar. ... </b>Error! Bookmark not defined.</i>

<i><b>2.4. Mô</b><b>̣t số hiê ̣u chỉnh nâng cao độ chính xác kết quả đo.</b>Error! Bookmark not defined.</i>

<i><b>Hiệu chỉnh chồng chập xung. ... </b>Error! Bookmark not defined.</i>

<b>CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ... </b>Error! Bookmark not defined.
<b>3.1. Xác định độ giàu đồng vị trong nhiên liệu Urani trong mẫu la_{̀m giàu cao}</b>

<b>dƣ̣a vào tính chất của hiê ̣u suất ghi Planar. ... </b>Error! Bookmark not defined.

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

<b>DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TÊN VIẾT TẮT </b>

HPGe - High purity Gemanium detector- Đầu dò bán dẫn gecmani siêu tinh khiết.
BEGe - Broad Energy Germanium detector - Đầu dò bán dẫn gecmani siêu tinh
khiết dải rộng.

FWHM - Full Width at Half Maximum, độ rộng nửa chiều cao của đỉnh, còn gọi
là độ phân giải năng lượng.

EU – Enriched Uranium, Urani đã được làm giàu.
DU – Depleted Uranium, Urani nghèo.

Iγ - Gamma ray intensity, cường độ bức xạ tia gamma, còn được gọi là xác suất
phát xạ.

ICPMS - Inductively coupled plasma mass spectrometry, khối phổ kế cảm ứng
Plasma.

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

<b>DANH MỤC HÌNH VẼ </b>

<i><b>Hình 1.1:</b> Chuỗi phân rã 238U - 206Pb. </i>

<i><b>Hình 1.2:</b> Chuỗi phân rã 235U - 207Pb. </i>

<i><b>Hình 2.1. </b>Sơ đờ hê ̣ phở kế gamma</i> <i>. </i>

<i><b>Hình 2.2.</b> Đường cong hiệu suất ghi của detectorHPGep planar phụ thuộc vào </i>
<i>năng lượng</i>

<i><b>Hình 3.1:</b> Đờ thị mơ tả sự phụ thuốc tốc độ đếm trên một đơn vị khối lượng mẫu </i>
<i>ứng với các đỉnh năng lượng 53,20 keV; </i>

<i><b>Hình 3.2:</b> Đồ thị mô tả sự phụ thuốc tốc độ đếm trên một đơn vị khối lượng mẫu </i>
<i>ứng với các đỉnh năng lượng 58,57 keV<b> </b></i>

<i><b>Hình 3.3:</b> Đờ thị mô tả sự phụ thuốc tốc độ đếm trên một đơn vị khối lượng mẫu </i>
<i>ứng với các đỉnh năng lượng 63,29 keV </i>

<i><b>Hình 3.4</b>: Phổ gamma U4.46 với thời gian đo là 106921 giây<b> </b></i>

<i><b>Hình 3.5.</b> Đường cong hiệu suất ghi ứng với vùng năng lượng thấp của phổ </i>
<i>gamma mẫu U4.46. </i>

<i><b>Hình 3.6</b></i><b>.</b><i>Phở gamma của 6 gam mẫu nhiên liê ̣u uran nghèo được đo trong </i>
<i>79932 s</i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

<b>DANH MỤC BẢNG BIỂU </b>

<i><b>Bảng 1.1:</b> Chuỗi phân rã 238U - 206Pb. </i>

<i><b>Bảng 1.2:</b> Chuỗi phân rã 235U - 207Pb. </i>

<i><b>Bảng 2.1:</b> Các vạch phổ có thể được sử dụng để xác định tỉ lệ hoạt độ. </i>

<i><b>Bảng 3.1.</b> Kết qua_{̉ xử lý phổ U 36 với khối lượng mẫu khác nhau}</i>

<i><b>Bảng 3.2 </b>Tốc độ đếm tính trên một đơn vị khối lượng với khối lượng mẫu khác </i>
<i>nhau </i>

<i><b>Bảng 3.3. </b>Kết quả tính toán hê ̣ số K0 tại các vạch gamma </i>

<i><b>Bảng 3.4.</b> Kết quả xác định hàm lượng urani trong mẫu U4.46. </i>

<i><b>Hình 3.5.</b> Đường cong hiệu suất ghi ứng với vùng năng lượng thấp của phổ </i>
<i>gamma mẫu U4.46. </i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

1

<b>MỞ ĐẦU </b>

Nước ta đang tiến hành chuẩn bi ̣ cơ sở vâ ̣t chất và nhân lực để xây dựng
nhà máy điện hạt nhân đầu tiên ở Ninh Thuận . Nhiên liệu uran đươ ̣c làm giàu
chính là nhiên liệu cho lò phản ứng hạt nhân . Để có thể sử du ̣ng có hiê ̣u quả , an
toàn nhà máy điện hạt nhân tất cả các kiến thức liên quan tới cơ sở vật chất , cũng
như hoa ̣t đô ̣ng của lò phản ứng cần phải được chuẩn bi ̣, kỹ lưỡng bài bản, nhất là
yếu tố con người.

Một trong những mục tiêu quan trọng nhất trong việc phát triển năng
lượng hạt nhân ở một quốc gia chính là việc phát triển cơng nghệ nhiên liệu hạt
nhân, tập trung vào việc đánh giá các đặc trưng của nhiên liệu hạt nhân , xa hơn
nữa là quá trình làm giàu nhiên liệu.

Urani là một loại nhiên liệu quan trọng trong lĩnh vực năng lượng hạt
nhân. Các thông tin đầy đủ về loại vật liệu này luôn thực sự cần thiết. Các số liệu
về thành phần, hàm lượng các đồng vị, các tạp chất hóa học, tuổi nhiên liệu,... có
ý nghĩa quan trọng trong quá trình sử dụng cũng như cơng tác quản lý, an ninh,
an tồn hạt nhân.

Để xác định các đặc trưng của nhiên liệu urani, có nhiều những phương

pháp khác nhau được sử dụng như phân tích phá hủy mẫu, thường sử dụng các
khối phổ kế hấp thụ nguyên tử, khối phổ kế cảm ứng plasma (ICP-MS), phổ kế
anpha,... và phương pháp không phá hủy mẫu (NDA) chủ yếu sử dụng phổ kế
gamma độ phân giải năng lượng cao. Mỗi phương pháp trên đều có những lợi thế
và mặt hạn chế riêng, bổ sung lẫn nhau. Tùy thuộc vào mục đích và điều kiện
nghiên cứu và đặc điểm của từng loại

Phương pháp xác định các đặc trưng của vật liệu hạt nhân sử dụng phổ kế
gamma bán dẫn được ứng dụng phổ biến, với ưu điểm không cần phá mẫu, quy
trình thực nghiệm khơng q phức tạp,, tuy nhiên địi hỏi kỹ năng phân tích xử lý
số liệu khá phức tạp và tinh tế.

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

2

Mục tiêu của luận văn:

Về mă ̣t lý thuyết tìm hiểu các đă ̣c trưng của nhiên liê ̣u uran và phương
pháp xác định độ giàu theo phương pháp phổ gamma kết hợp với chuẩn nội hiệu
suất ghi.

Về thực nghiê ̣m tìm hiểu ưu viê ̣t của phươn g pháp chuẩn n ội hiệu suất
ghi, áp dụng đa_{́nh giá đô ̣ giàu của nhiên liê ̣u uran có đô ̣ giàu thấp . Bố cục luâ ̣n}
văn, ngoài các phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn
được chia thành 3 chương sau:

Chương 1 trình bày tổng quan về các đặc trưng cơ bản của nhiên liệu hạt
nhân và các phương pháp phân tích urani

Chương 2 trình bày phương pháp thực nghiệm phân tích hàm lượng urani
sử dụng phổ kế gamma kết hợp với các kỹ thuật chuẩn sử dụng đường cong hiệu

suất ghi tương đối.

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

3

<b>CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN VÀ CÁC </b>

<b>PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH </b>

<b>1.1. Một số đặc trƣng cơ bản của Urani </b>

Dựa trên cơ sở sử dụng năng lượng được giải phóng sau phản ứng phân
hạch của một số đồng vị nặng, qua quá trình chuyển hóa sẽ thu được điện năng
phục vụ cho nhu cầu của con người. Trong các nguyên tố hóa học, khơng phải
đồng vị nặng nào cũng có thể được sử dụng để làm nhiên liệu hạt nhân. Có
những ngun tố rất nặng nhưng lại khơng có cơ chế phân hạch tự phát và ngược
lại, có những nguyên tố có khả năng phân hạch tự phát và giải phóng một lượng
năng lượng rất lớn, nhưng hàm lượng trong tự nhiên lại quá thấp, dẫn đễn chi
phí xử lý rất cao và địi hỏi công nghệ rất phức tạp. Urani và Thori là hai nguyên
tố phóng xạ được quan tâm một cách đặc biệt. Hai nguyên tố này là những loại
nhiên liệu quan trọng của ngành công nghiệp năng lượng hạt nhân. Tuy nhiên,
hiện nay Urani được lựa chọn là nhiên liệu hạt nhân lý tưởng để phục vụ con
người. Việc tìm hiểu, nghiên cứu, phân tích về ngun tố urani là một điều hết
sức cần thiết trong quá trình sử dụng và khai thác nhiên liệu hạt nhân.

Đặc điểm hóa học, Urani là nguyên tố kim loại màu xám bạc, bị oxit hóa
trong khơng khí tạo thành một lớp màu đen thuộc nhóm Actini, có số ngun tử
là 92 trong bảng tuần hồn, được kí hiệu là U. Hiện nay người ta đã phát hiện
được 23 đồng vị Urani khác, nhưng phổ biến nhất là các đồng vị 238_{U và}235_{U. Tất}

cả đồng vị của urani đều khơng bền và có tính phóng xạ yếu. Urani tự nhiên có 3
đồng vị là: 234

U (0.0055% ); 235U (0.720% ) và 238U ( 99.2745%). Urani có mặt
trong tự nhiên với nồng độ thấp khoảng 10,4 % trong đất, đá và nước.

Về đặc điểm phóng xạ, urani phân rã rất chậm phát ra các hạt anpha. Chu
kỳ bán rã của 238_{U là khoảng 4.47 tỉ năm và của}235_{U là 704 triệu năm, do đó nó}

được sử dụng để xác định tuổi của Trái Đất.

Hiện tại, các ứng dụng của urani chỉ dựa trên các tính chất hạt nhân của
nó. 235_{U là đồng vị duy nhất, tồn tại trong tự nhiên, có khả năng phân hạch một}

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

4

<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO </b>
<b>Tài liệu tiếng Việt</b>.

[1] Nguyễn Văn Đỗ, “<i>Phương pháp phân tích hạt nhân</i>”, NXB Đại học
Quốc Gia Hà Nội - 2005..

[2] PGS.TS. Ngô Quang Huy, Cơ sở vật lý hạt nhân – NXB Khoa học và Kỹ
thuật Hà Nội (2006)

[3] Bùi Văn Loát, “<i>Địa vật lý hạt nhân</i>”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội -
2009.

[4] TS. Cao Đình Thanh, Nhiên liệu hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, ĐHQGHN. Tập bài giảng nhiên liệu hạt nhân- Lưu hành nội bộ.

<b>Tài liệu tiếng Anh</b>.

[5] A Luca, “<i>Experimental Determination of the Uranium Enrichment Ratio”,</i>
Rom. Journ. Phys, Vol. 53, No. 1-2, P35 -39, Bucharest, 2008.

[6] B.V.Loat, L.T.Anh, Ng.V.Quan, Ng.C.Tam,<i>“The measurement of uranium </i>

<i>enrichment by using X - rays and gamma rays below 100keV</i>”, VNU Journal

of Science, Mathematics- Physics,Vol. 28, No. 2 (2012) 77-8.

[7] Bui Van Loat, Nguyen Van Quan, Le Tuan An, Nguyen Van Bay, Nguyen
Cong Tam, <i>“Enrichment determination of low – enriched uranium material </i>

<i>by gamma spectroscopic method</i> ”, to be published.

[8] C.T. Nguyen, J. Zsigrai<i>, “Gamma-spectrometric uranium age-dating using </i>

<i>intrisic efficiency calibration”</i>, Nucl. Instr. And Meth. B 243 (2006) 187.
[9].Delynn Clark, “<i>U235:A gamma ray analysis code for uranium isotopic </i>

<i>determination”,</i> Lawrence Livermore National Laboratory, 1996.

[10] Haluk YÜcel, “<i>The applicability of MGA method for depleted and natural </i>
<i>uranium isotopic analysis in the presence of actinides</i>”, Applied Radiation

and Isotopies 65 (2007) 1269-1280.

[11] H. Yucel, H.Dikmen, <i>“Uranium enrichment measurements using the </i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

5

[12] Kwang – June park, Junee- Sik Ju, “<i>Determination of burn up and Pu /U </i>
<i>ratio of PỬ Spent fuel by gamma –Ray Spectrometry</i>”. Nuclear Engineering
and Technology, Vol 41 No 10, December 2009, T 1307-1314.

[13] M.H. Nassef, W.EL Mowafi, and M.S.EL Tahawy, <i>“Non destructive assay </i>

<i>for 235U determination in reference material of uranium oxide</i>”, Journal of

Nuclear and Radiation Physics, Vol.4 No.2, 2009, pp 65-73.

[14]. Thomas E. Sampson, Thomas A. Kelley,Duc T. Vo <i>“Application Guide to </i>

<i>gamma Ray isotopic analysis using the FRAM sofltware</i>”. Los Alamos

</div>

<!--links-->
Xác định tuổi của thanh nhiên liệu đã được làm giàu bằng phương pháp phổ gamma

• 49
• 712
• 0